CN208812584U - 整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构。所述聚氨酯发泡合成板结构包括交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，所述纤维复合层包括纤维毡和/或其上布置有连续长纤维的纤维毡，且所述纤维复合层中均匀分布有聚氨酯发泡树脂。所得纤维增强聚氨酯发泡合成板结构其本身具有低密度高强度的特性，在同等密度下，材料性能大幅度提高，大大节省了材料使用量，有效的降低了原材料的成本。本实用新型的纤维增强聚氨酯发泡合成板结构采用整体成型工艺，不仅制作效率高，而且有效地消除了通过后续粘结成型造成所带来的安全隐患，通过取消了后续加工工序，大大降低了加工成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，尤其涉及一种新型的低密度且高强度的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构。
背景技术
目前，在火车、客车、半挂车等交通运输领域，其底板、侧板等一般采用花纹钢、胶木板、塑料板材等材料，花纹钢不仅重量重，而且不耐腐蚀，极易生锈，力学性能大大下降；胶木板不耐水，受日晒雨淋后，极易开裂及鼓包，不仅表面不平整，而且力学性能降低，造成安全隐患；塑料板材其VOC超标，制作成本较高，阻燃性能差，耐老化性能差。以上这些材料的板材寿命短，基本上使用3年就需要更换，大大的增加了使用成本。
作为轨道交通用的合成轨枕，目前，日本及国内的纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕厂家，由于其技术及工艺的限制，均是采用了连续玻璃长纤维与聚氨酯发泡材料制作。目前在城市轨道交通用的都是密度为740Kg/m3的，宽度在230mm，高度在70mm左右的毛坯件，通过打磨毛坯件，之后相互粘结制作而成，而且后期还要进行打磨，批腻子喷漆等工序。重载及大型铁路用的合成轨枕，由于其载荷较重，其材料本身强度低，故通过提高产品密度的办法来提高材料强度。目前制作的都是密度为1200Kg/m3的，宽度在240mm，高度在50mm-100mm左右的毛坯件，之后也是打磨，粘结制作成半成品，再打磨、批腻子、喷漆等。这些轨枕不仅密度大，尤其是大铁轨枕，密度更是高达1200Kg/m3，大大增加了原材料成本，而且工序复杂，无法实现整体成型，大大增加了加工成本。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构。本实用新型聚氨酯发泡合成板结构可作为底板、侧板或者门板而广泛应用于火车、客车、货车、半挂车、登机桥、集装箱等领域，也可作为轨枕广泛应用于钢衍桥、高铁、重载铁路、普通铁路、轻轨地铁等领域，也可作为步道板广泛应用于桥梁、铁路、公路、市政等领域，也可作为建筑保温材料广泛应用于建筑等领域。
本实用新型提供一种整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，包括交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，所述纤维复合层包括纤维毡和/或其上布置有连续长纤维的纤维毡，且所述纤维复合层中均匀分布有聚氨酯发泡树脂。
所述其上布置有连续长纤维的纤维毡中的连续长纤维可以均匀布置在纤维毡上也可以不均匀布置在纤维毡上。
所述其上布置有连续长纤维的纤维毡中所述连续长纤维和所述纤维毡可以任意比例混合。
所述连续长纤维和纤维毡的设置方向与所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的铺设方向相同，或者所述连续长纤维和纤维毡的设置方向与所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的铺设方向相垂直。
进一步地，所述纤维复合层中所述纤维毡和/或所述其上布置有连续长纤维的纤维毡的质量基于所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的质量为10wt％-90wt％。
进一步地，所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构进一步包括连续长纤维，其中所述连续长纤维均匀分布在所述聚氨酯发泡树脂层中。
所述连续长纤维的设置方向与所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的铺设方向相同，或者所述连续长纤维的设置方向与所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的铺设方向相垂直。
进一步地，所述纤维复合层中所述纤维毡和/或所述其上布置有连续长纤维的纤维毡的质量与所述聚氨酯发泡树脂层中的连续长纤维的质量之和基于所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的质量为10wt％-90wt％
进一步地，所述合成板结构为合成板材或者合成轨枕。
所述合成板结构的厚度任意可调，宽度任意可调，且长度任意可调；所述合成板结构的表面及内部均可赋予需要的颜色，例如在聚氨酯发泡树脂中加入相应的色浆形成带颜色的聚氨酯发泡树脂层；所述合成板结构的表面可赋予一定的摩擦力，例如可以采用带有凸凹结构的纤维毡或其他表面材料材料与所述合成板结构复合一体成型。
进一步地，所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的密度在200kg/m3～2100kg/m3之间。
所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的密度由所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的重量除以所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的体积所得。
进一步地，所述聚氨酯发泡树脂层的厚度为0.1mm-10mm，且所述纤维复合层的厚度为0.1mm-10mm。
所述聚氨酯发泡树脂层的厚度等于所述纤维复合层的厚度，或者所述聚氨酯发泡树脂层的厚度大于所述纤维复合层的厚度的厚度，或者所述聚氨酯发泡树脂层的厚度小于所述纤维复合层的厚度。
进一步地，所述纤维毡为缝编毡、轴向布、复合毡、钢帘布和钢板中的一种或几种；且所述连续长纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和钢纤维中的一种或几种。
进一步地，所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的表面上还设置有硬质材料层，其中所述硬质材料层为纤维增强塑料板、塑料板、钢板或铝箔板。
所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的制作方法，包括：
步骤a：在履带式层压机上安装所需合成板结构截面的挡块，形成固定模腔；或者在模压设备上安装所需合成板结构尺寸的固定模具；
步骤b：将所述合成板结构所需的多个纤维毡和/或多个其上布置有连续长纤维的纤维毡通过专用分层设备进行均匀间隔排布；
步骤c：通过专用的固定设备将均匀间隔排布的多个纤维毡和/或多个其上布置有连续长纤维的纤维毡分别进行固定，并通过专用的浸渍装置用聚氨酯发泡树脂将多个纤维毡和/或多个其上布置有连续长纤维的纤维毡均匀浸渍；
步骤d：将均匀浸渍有聚氨酯发泡树脂的多个纤维毡和/或多个其上布置有连续长纤维的纤维毡，在所述履带式层压机的固定模腔或所述模压设备的固定模具内固化成型，从而形成交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，其中固化温度为40-100℃且固化时间为20-40min；
步骤e：将固化成型的纤维增强聚氨酯发泡合成板结构按照长度尺寸切割。
进一步地，在所述步骤b和所述步骤c之间进一步包括步骤f：将连续长纤维均匀排布在相邻的两个纤维毡、相邻的两个其上布置有连续长纤维的纤维毡或者一个纤维毡和一个其上布置有连续长纤维的纤维毡之间，其中相邻的两个纤维毡、相邻的两个其上布置有连续长纤维的纤维毡或者一个纤维毡和一个其上布置有连续长纤维的纤维毡之间的所述连续长纤维在垂直于所述纤维毡或者其上布置有连续长纤维的纤维毡方向上的厚度为0.1mm-10mm。
本实用新型的目的是提供一种新型的低密度且高强度的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构。所得纤维增强聚氨酯发泡合成板结构其本身具有低密度高强度的特性，在同等密度下，材料性能大幅度提高，大大节省了材料使用量，有效的降低了原材料的成本。本实用新型的纤维增强聚氨酯发泡合成板结构采用整体成型工艺，不仅制作效率高，而且有效地消除了通过后续粘结成型造成所带来的安全隐患，通过取消了后续加工工序，大大降低了加工成本；且所得纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的强度、抗疲劳性能、螺栓抗拔强度、抗剪切强度等，均满足车辆底板、轨道交通合成轨枕等领域技术指标的要求。其综合性能远远优于目前使用的胶木板、塑料板材、合成板材及合成轨枕。
附图说明
图1为本实用新型纤维增强聚氨酯发泡合成板材第一种实施例的示意图；
图2为本实用新型纤维增强聚氨酯发泡合成板材第二种实施例的示意图；
图3为本实用新型纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕第一种实施例的示意图；
图4为本实用新型纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕第二种实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非限定本实用新型的范围。
参照图2和图4，本实用新型整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板材4或者合成轨枕4包括交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层3和多个纤维复合层1。在本实用新型中，纤维复合层1可以包括纤维毡，也可以包括其上布置有连续长纤维的纤维毡。
参照图1和图3，本实用新型整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板材4或者合成轨枕4包括交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层3和多个纤维复合层1，以及均匀分布在所述多个聚氨酯发泡树脂层3中的连续长纤维2。在本实用新型中，纤维复合层1可以包括纤维毡，也可以包括其上布置有连续长纤维的纤维毡。
为了更好地理解本实用新型，特提供以下具体实施方式：
具体实施方式1
通过以下方法制备如图1所示的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板材4，具体步骤包括：步骤a：在履带式层压机上安装所需合成板材截面的挡块，形成固定模腔；步骤b：将所述合成板材所需的10个EMK300无碱纤维毡通过专用分层设备进行均匀间隔排布；步骤c：将连续无碱2400tex玻璃长纤维2均匀排布在相邻的两个EMK300无碱纤维毡之间，其中相邻的两个EMK300无碱纤维毡之间的所述连续无碱2400tex玻璃长纤维在垂直于所述EMK300无碱纤维毡方向上的厚度为5mm；步骤d：通过专用的固定设备将均匀间隔排布的10个EMK300无碱纤维毡分别进行固定，并通过专用的浸渍装置用聚氨酯发泡树脂将10个EMK300无碱纤维毡均匀浸渍；步骤e：将均匀浸渍有聚氨酯发泡树脂的10个EMK300无碱纤维毡，在所述履带式层压机的固定模腔内固化成型，从而形成交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，其中固化温度为80℃且固化时间为30min；步骤f：将固化成型的纤维增强聚氨酯发泡合成板材按照长度尺寸切割。其中，连续无碱2400tex玻璃长纤维与EMK300无碱纤维毡的质量比为1:1，连续无碱2400tex玻璃长纤维与EMK300无碱纤维毡的质量基于整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板材的质量为70wt％。
如图1所示：此新型低密度高强度纤维增强聚氨酯发泡合成板材4，制作规格为3000mm×15mm×500mm(长×高×宽)，密度为600Kg/m3的合成板材，每层聚氨酯发泡树脂层3的厚度为0.25mm，每层纤维复合层1的厚度为1mm。
其性能见表1。
表1低密度高强度整体成型600Kg/m3的合成板材的性能
| 项目 | 单位 | 测试结果 |
| 表观总密度 | Kg/m<sup>3</sup> | 606 |
| 抗弯曲强度 | MPa | 208 |
| 抗压缩强度 | MPa | 138 |
| 抗剪切强度 | MPa | 16 |
| 耐腐蚀性能 | 优异 |
具体实施方式2
通过以下方法制备如图3所示的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕4，具体步骤包括：步骤a：在履带式层压机上安装所需合成轨枕截面的挡块，形成固定模腔；步骤b：将所述合成轨枕所需的60个EMK600无碱纤维毡通过专用分层设备进行均匀间隔排布；步骤c：将连续无碱9600tex玻璃长纤维2均匀排布在相邻的两个EMK600无碱纤维毡之间，其中相邻的两个EMK600无碱纤维毡之间的所述连续无碱9600tex玻璃长纤维在垂直于所述EMK600无碱纤维毡方向上的厚度为7mm；步骤d：通过专用的固定设备将均匀间隔排布的60个EMK600无碱纤维毡分别进行固定，并通过专用的浸渍装置用聚氨酯发泡树脂将60个EMK600无碱纤维毡均匀浸渍；步骤e：将均匀浸渍有聚氨酯发泡树脂的60个EMK600无碱纤维毡，在所述履带式层压机的固定模腔内固化成型，从而形成交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，其中固化温度为70℃且固化时间为40min；步骤f：将固化成型的纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕按照长度尺寸切割。其中，连续无碱9600tex玻璃长纤维与EMK600无碱纤维毡的质量比为1:5，连续无碱9600tex玻璃长纤维与EMK600无碱纤维毡的质量基于整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板材的质量为75wt％。
如图3所示：此新型低密度高强度纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕4，制作规格为3000mm×140mm×230mm，密度为800Kg/m3的合成轨枕，每层聚氨酯发泡树脂层3的厚度为0.8mm，每层纤维复合层1的厚度为1.5mm。
其性能见表2。
表2低密度高强度整体成型800Kg/m3的合成轨枕的性能
| 项目 | 单位 | 测试结果 |
| 表观总密度 | Kg/m<sup>3</sup> | 806 |
| 螺栓抗拔强度 | KN | 85 |
| 抗弯曲载荷 | KN | 1300 |
| 抗压缩强度 | MPa | 190 |
| 抗剪切强度 | MPa | 28 |
| 抗疲劳性能 | 次 | 200万次无裂纹 |
| 耐腐蚀性能 | 优异 |
具体实施方式3
通过以下方法制备如图4所示的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕4，具体步骤包括：步骤a：在履带式层压机上安装所需合成轨枕截面的挡块，形成固定模腔；步骤b：将所述合成轨枕所需的90个其上均匀布置有连续无碱4800tex玻璃长纤维的纤维毡(其中纤维毡为EMK1000无碱纤维毡)通过专用分层设备进行均匀间隔排布；步骤c：通过专用的固定设备将均匀间隔排布的90个其上均匀布置有连续无碱4800tex玻璃长纤维的纤维毡分别进行固定，并通过专用的浸渍装置用聚氨酯发泡树脂将90个其上均匀布置有连续无碱4800tex玻璃长纤维的纤维毡均匀浸渍；步骤d：将均匀浸渍有聚氨酯发泡树脂的90个其上均匀布置有连续无碱4800tex玻璃长纤维的纤维毡，在所述履带式层压机的固定模腔内固化成型，从而形成交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，其中固化温度为90℃且固化时间为30min；步骤e：将固化成型的纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕按照长度尺寸切割。其中，连续无碱4800tex玻璃长纤维与EMK1000无碱纤维毡的质量比为1:10，连续无碱4800tex玻璃长纤维与EMK1000无碱纤维毡的质量基于整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板材的质量为65wt％。
如图4所示：此新型低密度高强度纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕4，制作规格为3000×240×300mm，密度为1200Kg/m3的桥梁轨枕，每层聚氨酯发泡树脂层3的厚度为0.65mm，每层纤维复合层1的厚度为2mm。
其性能见表3。
表3低密度高强度整体成型1200Kg/m3的合成轨枕的性能
| 项目 | 单位 | 测试结果 |
| 表观总密度 | Kg/m<sup>3</sup> | 1220 |
| 螺栓抗拔强度 | KN | 160 |
| 抗弯曲载荷 | KN | 2600 |
| 抗压缩强度 | MPa | 280 |
| 抗剪切强度 | MPa | 38 |
| 抗疲劳性能 | 次 | 200万次无裂纹 |
| 耐腐蚀性能 | 优异 |
本实用新型的新型的低密度且高强度的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，具有如下优点：其本身具有低密度高强度的特性，在同等密度下，材料性能大幅度提高，大大节省了材料使用量，有效的降低了原材料的成本。其采用整体成型工艺，不仅制作效率高，而且有效的消除了通过后续粘结成型造成所带来的安全隐患，通过取消了后续加工工序，大大降低了加工成本；且其强度、抗疲劳性能、螺栓抗拔强度、抗剪切强度等，均满足车辆底板、轨道交通合成轨枕等领域技术指标的要求。并且其综合性能远远优于目前的胶木板材、塑料板材、合成板材及合成轨枕，可作为底板、侧板、门板广泛应用于火车、客车、货车、半挂车、登机桥、集装箱等领域，也可作为轨枕广泛应用于钢衍桥、高铁、重载铁路、普通铁路、轻轨地铁等领域，也可作为步道板广泛应用于桥梁、铁路、公路、市政等领域。也可作为建筑保温材料广泛应用于建筑等领域。
上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，包括交替层压的多个聚氨酯发泡树脂层和多个纤维复合层，所述纤维复合层包括纤维毡和/或其上布置有连续长纤维的纤维毡，且所述纤维复合层中均匀分布有聚氨酯发泡树脂。
2.如权利要求1所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，所述纤维复合层中所述纤维毡和/或所述其上布置有连续长纤维的纤维毡的质量基于所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的质量为10wt％-90wt％。
3.如权利要求1所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，进一步包括连续长纤维，其中所述连续长纤维均匀分布在所述聚氨酯发泡树脂层中。
4.如权利要求3所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，所述纤维复合层中所述纤维毡和/或所述其上布置有连续长纤维的纤维毡的质量与所述聚氨酯发泡树脂层中的连续长纤维的质量之和基于所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的质量为10wt％-90wt％。
5.如权利要求1所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构为合成板材或者合成轨枕，且所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的密度为200kg/m3-2100kg/m3。
6.如权利要求1所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，所述聚氨酯发泡树脂层的厚度为0.1mm-10mm，且所述纤维复合层的厚度为0.1mm-10mm。
7.如权利要求1或3所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，所述纤维毡为缝编毡、轴向布、复合毡、钢帘布和钢板中的一种或几种；且所述连续长纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和钢纤维中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构，其特征在于，所述整体成型纤维增强聚氨酯发泡合成板结构的表面上还设置有硬质材料层，其中所述硬质材料层为纤维增强塑料板、塑料板、钢板或铝箔板。
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